JP2012100696A - シートヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】乗員の体格や着座姿勢に関わらず、温度センサを用いてシートへの乗員の着座状態を確実に検出して、ヒータ通電を制御することができるシートヒータを提供する。
【解決手段】本シートヒータ１は、シート２の表層部２１に設けられるヒータ素子１２と、該表層部の温度を計測する温度センサ１３と、前記温度センサによって前記温度を計測し、その計測結果に応じて前記ヒータ素子の通電を制御する制御部１６と、を備える車両用シートのシートヒータであって、着座した乗員の座圧によって圧縮変形される弾性体１４を更に備え、前記制御部は、前記温度センサにより計測した前記温度の変化から温度上昇率を求め、該温度上昇率に基づいて乗員の座圧を判断して前記ヒータ素子の通電を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、シートへの人の着座を判別するための感圧センサ等を使用することなく、温度センサを用いてシートに着座しているかを確実に検出し、シートヒータの通電を制御することができるシートヒータに関する。

自動車のシートの座面や背もたれに、乗員を暖めるためのシートヒータが設けられることがある。従来、このようなシートヒータでは、ヒータ素子のほか、温度を検知するための温度センサと、着座の有無を検知するための着座センサとが備えられる場合が多かった。着座センサには、フィルム状に形成されたスイッチ等が使用されている。
このようなシートヒータは、着座センサを用いて人が着座しているかどうかを判断し、着座状態によってヒータ素子の制御を変えることができる。例えば、着座時は温度センサで温度を検知しながらあらかじめ定められた温度を維持するようにヒータを制御し、着座していないときは、通常の設定温度よりも低い温度にヒータを制御することで、消費電力の低減を図るようにすることができる。
しかし、着座センサを用いると高コストになるばかりでなく、その配設部分が他の部分と比べて硬くなる等するため、着座した人に異物感が生じやすい。また、多くの着座センサは、樹脂フィルムを重ね合わせる等して形成されているため通気性に劣り、着座した人の快適性を損なうという問題があった。

これに対して、着座センサを使用しないで、温度センサのみで着座の有無を判定する暖房装置付き座席が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１の暖房装置付き座席では、温度検出手段によって温度を測定し、その上昇率が低ければ未着座、高ければ着座と判断している。

特開２００８−２８５１４５号公報

しかし、従来例の温度センサを用いて人の着座を判別する方法では、ヒータ素子の発熱による温度上昇は着座の有無に関わらず急激であるため、着座状態を確実に検出することは困難であるという問題があった。例えば、温度センサを発熱体の直上や真下にならないように配設しても、着座の有無によって温度上昇率は大きく異ならない場合がある。
また、乗員の体格や着座姿勢等により、乗員とシートとが接触する面積には大きな差異が生じるため、適切な温度調節や節電のためには、必要な部位のみのヒータ素子に通電することが好ましい。細かな温度調節をするには、シートの部分ごとにヒータ素子を分割して設け、その各部において乗員の身体（座圧）を検出して制御する必要がある。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、シートへの人の着座を判別するための感圧センサ等を使用することなく、乗員の体格や着座姿勢に関わらず、温度センサを用いてシートへの乗員の着座状態をより確実に検出して、シートヒータの通電を制御することができるシートヒータを提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本第１発明のシートヒータは、シートの表層部に設けられるヒータ素子と、該表層部の温度を計測する温度センサと、前記温度センサによって前記温度を計測し、その計測結果に応じて前記ヒータ素子の通電を制御する制御部と、を備える車両用シートのシートヒータであって、着座した乗員の座圧によって圧縮変形される弾性体を更に備え、前記制御部は、前記温度センサにより計測した前記温度の変化から温度上昇率を求め、該温度上昇率に基づいて乗員の座圧を判断して前記ヒータ素子の通電を制御することを要旨とする。
本第２発明は、上記第１発明において、前記ヒータ素子及び前記温度センサは、前記弾性体を挟んだ積層状態で配設されていることを要旨とする。
本第３発明は、上記第１発明又は上記第２発明において、前記弾性体は、前記シートのシートカバーに具備されているスペーサであることを要旨とする。
本第４発明は、上記第１発明乃至第３発明のいずれか１つにおいて、前記シートに複数の前記ヒータ素子と、該ヒータ素子に対応して設けられた温度センサとを備え、前記制御部は、各前記ヒータ素子の通電を個別に制御することを要旨とする。

本発明のシートヒータによれば、ヒータ素子の発熱による温度の上昇率を温度センサで計測し、温度上昇率の違いによって乗員の着座を判断する。このため、乗員の着座状態を検出するためにフィルム状スイッチ等の感圧センサなどを用いる必要がなく、乗員に対して着座時の異物感がなく通気性にも優れたシートヒータとすることができる。また、着座した乗員の座圧によって圧縮変形されることにより、温度センサとヒータ素子との一方又は両方の位置が変わり、距離を変化させる弾性体が設けられるため、着座時には弾性体が圧縮されて温度センサによって検出される温度の上昇が早くなり、非着座時には温度の上昇が遅い。すなわち、乗員の座圧の有無により、ヒータ素子に通電した後の温度上昇率が大きく異なることとなり、着座を確実に検出することができる。そして、温度上昇率に基づいてヒータ素子の通電を制御することによって、乗員が着座している場合には最適な暖房温度に調節し、着座していない場合には節電等をすることが可能になる。
また、前記ヒータ素子及び前記温度センサは、前記弾性体を挟んだ積層状態で配設されている場合は、座圧によりヒータ素子と温度センサとの距離を効果的に変化させることができるため、温度上昇率の違いをより確実に検出することが可能になる。乗員が着座していないときは、弾性体が通常の厚みであるためにヒータ素子が発する熱の伝達が緩衝され、温度センサによって検出される温度上昇が緩やかとなる。一方、乗員が着座しているときは、弾性体が座圧によって潰れて通常の状態よりも熱を伝達し易くなり、温度センサによって検出される温度上昇が急激になる。これによって、より確実に着座を判定することができる。
また、前記弾性体は、前記シートのシートカバーに具備されているスペーサである場合は、弾性体の触感をシートと同じようにすることができ、着座する者に違和感を与えることがない。シートカバーのスペーサを利用できるため、構成部品を少なくするとともに、シート及びシートヒータの組立て性をよくすることができる。
前記シートに複数の前記ヒータ素子と、該ヒータ素子に対応して設けられた温度センサとを備え、前記制御部は、各前記ヒータ素子の通電を個別に制御する場合は、乗員の座圧が加わっている部位には最適な暖房を施すことができる。また、座圧が加わっていない部位の温度は低くする等の制御を行うことができるため、シートヒータの消費電力を減らし、電源（バッテリ）の負担を減らすことができる。

本実施例に係るシートヒータを設けた自動車用のシートを示す斜視図である。 シートヒータのヒータ部を説明するための模式断面図である。 シートカバーとシート本体との間にヒータ部を設けた状態を説明するための模式断面図である。 シートの座面と背もたれ面にそれぞれ３組のヒータ部を設けたシートヒータを示す斜視図である。 着座により弾性体が潰れて圧縮されている状態を示す模式断面図である。 着座の有無、及び弾性体の圧縮により、温度上昇率及び温度が変化する様子を模式的に示したグラフである。 ヒータ素子と温度センサとの間に弾性体とヒータ基板が設けられたヒータ部を示す模式断面図である。 ヒータ素子と温度センサとの間にシートカバーのスペーサが設けられているヒータ部を示す模式断面図である。 シートの座面と背もたれ面に、それぞれ左右に２組のヒータ部を設けたシートヒータを示す斜視図である。

以下、図１〜９を参照しながら本発明のシートヒータを詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

本発明に係るシートヒータは、図１に例示するように、シート２の表層部２１に設けられて着座した人を暖めるヒータ部１１と、ヒータ部１１に配線１７等により接続される制御部１６とを備える。ヒータ部１１には、ヒータ素子、温度センサ及び弾性体が備えられる。弾性体は、着座した乗員の座圧によって温度センサとヒータ素子との距離を変化させるように構成される。例えば、図２に示すヒータ部１１は、１つのヒータ線が蛇行するように配設されるヒータ素子１２と温度センサ１３との間に弾性体１４が配設されている。
ヒータ部１１を設けるシート２は、自動車等の車両に主に用いられる乗員用のシートを挙げることができるが、これに限られず、屋内用のシート等にも本シートヒータを適用することができる。
また、ヒータ部１１は、シート２の表層部に設けられる。この「表層部」とは、シートのうち着座した人と接する面を含む層部位であり、例えば、図１に例示する臀部を乗せる座面２１、背中を預ける背もたれ面２２、後頭部を預けるヘッドレストの表面２５、足かけの表面（図示せず）等を挙げることができる。表層部には、シートと１体となり、その外面を覆うように備えられるシートカバーを含むことができる。表層部がシートカバーである場合、ヒータ部１１は、例えば図３に示すように、シート内部に備えられているクッション材２３と、シートカバー２４との間に配設することができる。ここでシートカバー２４は、表皮２４１、スペーサ（ラミ等ともいう。）２４２、及び下布（裏基布等ともいう。）２４３から構成されている。
ヒータ素子１２のヒータ線は、抵抗線や抵抗皮膜等の既存の発熱素子を用いることができる。
温度センサ１３はサーミスタや熱電対等の既存の温度計測素子を用いることができる。

ヒータ部１１（ヒータ素子１２）は、１つに限られず、１つのシートに複数を備えることができる。ヒータ部を複数設けることによって、着座する乗員の体格や着座姿勢に応じて、最適な温度制御を行うことができる。例えば、シートの座面部と背もたれ部とにそれぞれヒータ部を備えたシートヒータとすることができる。また、図４に示すように座面部の前側（膝側）、中央、後側（臀部側）の３箇所に分けて、それぞれにヒータ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを備えるものとすることができる。更に、背もたれ部において上側（頭側）、中央、下側（臀部側）に分けて、それぞれにヒータ部１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆを備えるようにすることができる。また、ヒータ部は図９に示すように、右側（右半身側）と左側（左半身側）とに分けられてもよい。温度センサ１３は、ヒータ部１１ごとに設けることができる。また、例えば隣り合って配設される２つのヒータ部１１について、共通の１つの温度センサ１３としてもよい。
ヒータ部１１は、シート２と一体に形成することができる。例えば、シートカバー２４の内層部にヒータ部１１を設けることにより、ヒータ部１１をシートカバー２４と一体に形成することができる。

制御部１６は任意の場所に配設することができ、例えば、図１に示すようにシート２と異なる場所とするほか、シート本体内部のクッション材２３内に配設したり、ヒータ部１１と一体に形成されたりしていてもよい。また、シート制御用のＥＣＵ等と一体に構成されてもよい。制御部１６は、ハードウェアのみ、又はハードウェア及び該ハードウェア上で実行されるソフトウェアによって構成することができる。
制御部１６は、温度センサ１３と接続される入力手段３１と、入力手段３１を介して温度センサ１３によって検出される温度を計測し、単位時間当りの温度上昇を温度上昇率として求め、その温度上昇率に応じてヒータ素子１２への通電を判断する処理手段３２と、処理手段３２の判断結果に応じてヒータ素子１２への通電を入り切りする出力手段３３と、各手段３１〜３３及びヒータ素子１２に電力を供給するための電源（図示せず）を具備する電力供給手段３４と、を備える。電源には、車両のバッテリ等から必要な電力を供給するようにすることができる。

前記弾性体１４は、図２に例示するように、ヒータ素子１２と温度センサ１３との間に介装され、熱の伝達の緩衝材となる。弾性体１４は、乗員がシートに着座したとき、その座圧によって圧縮変形されて熱の伝達性が変化するとともに、温度センサ１３とヒータ素子１２との距離を変化させるように配設される。そうすると、ヒータ素子１２の熱は弾性体１４を介して温度センサ１３に伝わるため、乗員の着座の有無及び座圧の大きさによって、温度センサにより検出される温度の時間的変化が異なることとなる。また、弾性体１４は、乗員が着座したときに厚さ方向に変形されるため、シートの表層部にヒータ部を設けても、着座した乗員に与える異物感をなくすことができる。
例えば、図５に示すように、ヒータ素子１２、弾性体１４、温度センサ１３をこの順に積層してヒータ部１１を構成し、そのヒータ部１１をシートカバー２４とクッション材２３との間に設けることができる。この場合、乗員が着座したときに、弾性体１４が圧縮されてヒータ素子１２と温度センサ１３との距離が短くなり、ヒータ素子１２に通電するとその熱が温度センサ１３に伝達されやすくなるため、着座していないときに比べて温度センサ１３で検出される温度がより短時間に上昇する。すなわち、乗員の座圧がないか小さければ温度上昇率が小さく、座圧が大きければ温度上昇率が大きくなるため、温度上昇率によって着座状態を判断することができる。
このような弾性体の材質は任意に選択することができ、例えばシート内のクッション材２３やシートカバー２４に備えられる弾性体と同じ材質としてもよいし、それらと同程度の弾性率の材質としてもよい。
尚、ヒータ素子１２と、温度センサ１３との間には、弾性体１４以外のものが更に配設されていてもよい。例えば、図７に示すヒータ部１１’では、ヒータ基板１５を挟んで、ヒータ素子１２と、弾性体１４及び温度センサ１３が設けられている。ヒータ基板１５等の硬質材が介在していても、ヒータ素子１２で発生した熱が座圧により圧縮される弾性体を介して温度センサ１３に到達する限り、温度上昇率を計測することによって温度制御をすることができる。
また、例えば図８のヒータ部１１’’に示すように、弾性体としてシートカバー２４のスペーサ２４２等が用いられてもよい。この場合、座圧によって圧縮されるスペーサ２４２を介して、ヒータ素子１２の発熱が温度センサ１３に伝達されるため、温度上昇率は座圧の大きさにより変化する。

前記「温度上昇率」は、ヒータ素子に通電した後、シートの表層部に設けられている温度センサ１３によって検出される温度が単位時間当りに上昇する比率である。通電後の温度上昇の速さはヒータ部及びその周辺の素材、構造等によって異なるため、温度を検出する間隔や期間はそれに応じて適宜に定めればよい。
図６は、ヒータ素子に通電した後に、温度センサによって検出される温度の変化と、その温度上昇率の変化を示すグラフである。乗員が着座していない場合には、表層部から熱が逃げるため、温度上昇率が小さく、低い温度で均衡する。乗員が着座している場合には、表層部が乗員の身体によって覆われているため、着座していない場合と比べて温度上昇率が大きく、高い温度で均衡する。乗員が着座している場合であっても、図２及び３に示したようにヒータ素子と温度センサとの間に弾性体があるときと、弾性体がなく一定の距離に固定されているときとでは、温度上昇の速さが異なる。ヒータ素子１２と温度センサ１３との間に弾性体１４があるときには、着座した人の座圧によって弾性体１４が圧縮されて厚みが薄くなるため、熱の伝導性が高まる。その結果、弾性体がある場合は温度上昇率が高くなり、より短時間で略一定温度に達することになる。更に、着座した人の座圧の違いによっても弾性体１４が圧縮されて厚みが薄くなる程度が変化するため、座圧が軽い場合の温度上昇の速さよりも、座圧が重い場合の温度上昇の速さが速くなる。すなわち、ヒータ素子に通電した後の温度上昇率が、着座の有無及び座圧の違いによってより大きく異なることとなり、着座有無の判別をより確実にすることができる。

制御部１６による温度上昇率の計測方法は、任意の方法で行うことができる。例えば、温度センサ１３により一定の時間間隔で温度を計測し、計測された温度の差をその時間で割って温度上昇率とすることができる。また、ヒータ素子１２の通電後、一定の温度を超えるまでの時間を計測し、その時間に対する温度差を温度上昇率とすることもできる。
また、着座の有無によるヒータ素子１２の通電の制御方法は任意に選択することができる。例えば、着座していないときは低温とするか通電をしないようにして省電力化を図ることができる。また、着座しているときにはシート表層部が高温となるように制御することができる。座圧が高いほど、即ち温度上昇率が高い場合ほど、温度を高くするように制御してもよい。それによって、着座した乗員の暖房感を高めることができる。
更に、図４に例示するように複数のヒータ部１１Ａ〜Ｆを備える場合は、隣り合うヒータ部１１、例えば１１Ａと１１Ｂ、１１Ｂと１１Ｃ、１１Ｄと１１Ｅ、１１Ｅと１１Ｆで大きな温度差が生じないように通電制御を行うことができる。

シートヒータの具体例として図１に示すシートヒータ１は、シート２の表層部である座面部２１の全体にヒータ部１１を設け、ヒータ部１１は配線１７を介してマイクロプロセッサを中心に構成される制御部１６と接続されている。シート２は、図３に示すように、樹脂発泡体等で構成されるシート本体内のクッション材２３と、シート外面を覆うシートカバー２４とから構成されている。シートカバー２４は、表層２４１、発泡体であるスペーサ２４２及び下布２４３からなっており、ヒータ部１１がクッション材２３とシートカバー２４との間に挟持されている。
ヒータ部１１は、ヒータ基板１５上に抵抗皮膜であるヒータ素子１２が形成されており、ヒータ基板１５の略中央に位置するヒータ素子１２上に、樹脂発泡体である弾性体１４、及びサーミスタを用いた温度センサ１３がこの順に積層されている。ヒータ基板１５の素材はとくに限定されず、織布、不織布、フィルム、金属網等を用いることができる。

上記シートヒータ１は、その使用を開始したとき、制御部１６の処理手段３２が出力手段３３にヒータ素子１２への通電を開始させ、所定時間ごとに入力手段３１により温度センサ１３の状態を取得して温度を計測する。そして、計測された温度と、前回計測された温度との差から温度上昇率を算出する。
次いで、算出した温度上昇率を所定基準値と比較し、温度上昇率が所定基準値よりも小さい値であった場合には乗員が着座していないと判定して、ヒータ素子１２への通電を中止するかシート表層部の温度が低温となるように設定する。また、温度上昇率が所定基準値よりも大きな値であった場合は乗員が着座していると判定して、シート表層部の温度が高温となるように設定し、ヒータ素子１２の通電を継続する。
このようなシートヒータ１は、着座の有無によって、弾性体１４の厚さ・密度が変化し、熱の伝達性能が変化するため、着座の有無による温度上昇率の違いを確実に検出することができ、着座の判別が容易となる。

図４は、シートヒータの別の具体例を示す。図４に示すシートヒータ１Ａは、シート２の表層部である座面部２１を前側（膝側）、中央、後側（臀部側）の３つの領域に分け、それぞれにヒータ部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが設けられている。また、背もたれ部２２を上側（頭側）、中央、下側（臀部側）の３つの領域に分け、それぞれにヒータ部１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆが設けられている。各ヒータ部の略中央の位置に、温度センサ１３Ａ〜１３Ｄが備えられる。そして、各ヒータ部１１Ａ〜１１Ｆは、図３に示したような前記具体例と同様に構成され、各ヒータ素子及び各温度センサは制御部１６に接続される。
制御部１６は、前記具体例の制御部１６と同様の処理を、各ヒータ部１１Ａ〜１１Ｆに対して個別に行っている。隣り合うヒータ部１１Ａと１１Ｂ、１１Ｂと１１Ｃ、１１Ｄと１１Ｅ、１１Ｅと１１Ｆで、大きな温度差が生じないように温度を設定するようにしてもよい。
例えば、シートヒータ１Ａは、隣接するヒータ部１１Ａと１１Ｂ等の両方に乗員の座圧が加わっている場合、すなわち両方の温度上昇率が所定基準値よりも大きな値である場合には、両方のシート表層部の温度が高温となるように設定し、両方のヒータ素子１２Ａ、１２Ｂへの通電を継続する。一方、隣接するヒータ部１１Ａと１１Ｂ等のいずれかにのみ乗員の身体の負荷が加わっている場合には、着座時と非着座時との中間の温度となるように各ヒータ素子１２Ａ、１２Ｂへの通電を制御するようにすることができる。これによって、隣接するヒータ部の間で大きな温度差が生じず、乗員に対して不快感を与えないようにすることができる。

また、ヒータ素子１２と温度センサ１３との位置関係は、図７に示すヒータ部１１’のようにヒータ素子１２のヒータ線の直上に温度センサ１３が位置するに限られず、ヒータ素子１２の隣り合うヒータ線間の上方に温度センサ１３が位置するようにしてもよい（図示せず）。また、図８に示すヒータ部１１’’のように、ヒータ素子１２の隣り合うヒータ線の中間に温度センサ１３を配設することもできる。

また、ヒータ部は、シートの右側（右半身側）と左側（左半身側）とに分けられてもよい。図９に示すシートヒータ１Ｂは、シート２の表層部である座面部２１及び背もたれ部２２を、それぞれ右側（右半身側）、左側（左半身側）の２つずつの領域に分け、それぞれにヒータ部１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｊ、１１Ｋが設けられている。そして、各ヒータ部の略中央の位置に、温度センサを設けることができる。このようにヒータ部を左右に分けて、それぞれのヒータ部に温度センサを設ければ、ヒータ部を前後に分けた前記シートヒータ１Ａと同様に、各ヒータ部の温度を制御することができる。
更に、図９に示すように、隣り合うヒータ部について、共通の１つの温度センサを設けるように構成してもよい。例えば、左右に隣り合うヒータ部１１Ｇと１１Ｈ、１１Ｊと１１Ｋについて温度センサを共通化し、２つの温度センサ１３Ｇ、１３Ｊを隣接するヒータ素子の中間に配設してもよい。該隣り合う２つのヒータ素子について共通の１つの温度センサを設ける場合には、その各ヒータ素子を個別に温度制御することができないが、ヒータ素子１２ごとに通電を入り切りするスイッチ等を設けることによって、片方のみを発熱させるように制御することができる。

尚、本発明においては、前記実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。本実施例のヒータ部１１は、図２に例示する積層構造に限られず、図７に示すように、温度センサ１３、弾性体１４、ヒータ基板１５、ヒータ素子１２の順に積層されていても良い。また、図８に示すように温度センサ１３、ヒータ基板１５との間に空隙を設けて、シートカバー２４のスペーサ２４２等を介在させて弾性体１４として機能させても良い。

また、本実施例では図３に示すように、ヒータ部１１をシート本体２３とシートカバー２４との間に設けたが、これに限られず、シート本体２３の表面に埋設してもよいし、シートカバー２４内に設けてもよい。

１；シートヒータ、１１、１１Ａ〜１１Ｆ、１１’、１１’’；ヒータ部、１２；ヒータ素子、１３；温度センサ、１４；弾性体、１５；ヒータ基板、１６；制御部、２；シート、２１；座面部、２２；背もたれ部、２３；シート本体内のクッション材、２４；シートカバー、２４１；表皮、２４２；スペーサ（ラミ）、２４３；下布（裏基布）。

Claims (4)

1. シートの表層部に設けられるヒータ素子と、該表層部の温度を計測する温度センサと、前記温度センサによって前記温度を計測し、その計測結果に応じて前記ヒータ素子の通電を制御する制御部と、を備える車両用シートのシートヒータであって、
   着座した乗員の座圧によって圧縮変形される弾性体を更に備え、
   前記制御部は、前記温度センサにより計測した前記温度の変化から温度上昇率を求め、該温度上昇率に基づいて乗員の座圧を判断して前記ヒータ素子の通電を制御することを特徴とするシートヒータ。
2. 前記ヒータ素子及び前記温度センサは、前記弾性体を挟んだ積層状態で配設されている請求項１記載のシートヒータ。
3. 前記弾性体は、前記シートのシートカバーに具備されているスペーサである請求項１又は２に記載のシートヒータ。
4. 前記シートに複数の前記ヒータ素子と、該ヒータ素子に対応して設けられた温度センサとを備え、
   前記制御部は、各前記ヒータ素子の通電を個別に制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシートヒータ。

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